Automation de I'irrigation d'un module deculture a deux niveaux

R. BOUKCHINA, R. LAGACE et R. THERIAULT

Departement de genie rural, Universite Laval, Ste-Foy, QC, Canada GIK 7P4. Contribution No. 93 du Centre de Rechercheen Horticulture deVUniversite Laval. Regue le5Janvier 1993; acceptee le8 decembre 1993.

Boukchina, R., Lagace, R. et Theriault, R. 1993. Automation deI'irrigation d'un module de culture a deuxniveaux. Can. Agric.Eng.35:237-243. L'objectif principalde ce travail consistaita auto-matiser I'irrigation d'un module de culture a deux niveaux en serre.Leprincipe de fonctionnement du systeme d'irrigationpropose con-siste a peser regulierement les plateaux et determiner la dosed'irrigation en fonction du besoin reel en eau de la culture. Unestation de pesee et une pompe d'irrigation forment les principalescomposantes de ce systeme. Ces composantes sont reliees a l'unitede controle automatique du prototype. Ce systemed'irrigation a eteteste pour irriguer des transplants de tomate. Sous l'effet de lacapillarite, la solutionnutritivepompee dans chaque plateau amenel'humidite du sol dans les pots de culture a la capacite maximale deretention. La quantite de solution nutritive appliquee est deduite dela perte de poids de chaque plateau et du taux de gain en matierefraiche vegetale. Les resultats montrent une uniformite de croissancedes plantes selon les rangees d'un meme plateau ainsi qu'entre lesplateaux durant la periode de controle de I'irrigation (1 mois).

Mots clefs: automatisation, evapotranspiration, capillarite, irrigation

Our objective was to automate the irrigation of a greenhousebi-level prototype. The irrigation system consisted of a weighingstation and an electric pump which were linked to the automaticcontrol unit of the apparatus. The irrigation system was tested withtomato transplants. Under capillarity action, water added to eachplate was absorbed by the soil of each pot. Irrigation solution wasdelivered according to the weight loss of each plate and the growingrate of transplants. Results obtained show an uniform growth rate ofthe produced transplants during the controlled irrigation period (1month).

Key words: automatization, evapotranspiration, capillarity, irrigation

INTRODUCTION

Le developpement rapide qu'a connu le domaine de la ser-riculture au cours de ces dernieres annees a ete accompagned'une mecanisation des operations culturales. Cette orientation cherche en particulier une utilisation optimale del'espace de serre et vise a reduire la demande energetique etle cout de production (Stoffert 1988).

Le present travail s'inscrit dans le cadre de developpementd'un prototype de culture a deux niveaux en serre entreprispar Theriault (1989). L'usage principal du prototype estdestine a la production de transplants de legumes et despotees fleuries d'une facon completement automatisee. Letravail realise lors de cette etude se limite au developpementdu systeme d'irrigation automatique du prototype. Les objec-tifs specifiques poursuivis sont:

1. choisir et tester un systeme d'irrigation qui s'adapte lemieux au module de culture a deux niveaux en utilisantles techniques permettant d'irriguer automatiquementles plateaux selon les besoins des plantes,

2. developper une fonction d'irrigation pour permettre al'unite de controle du module a deux niveaux d'effec-tuer toutes les operations et les calculs relatifs a ladetermination de la quantite d'eau a ajouter et de consti-tuer une banque de donnees couvrant la periode deculture.

REVUE DE LITTERATURE

Module de culture a deux niveaux

Dans un projet de developpement et evaluation d'un systemede culture a deux niveaux pour les serres adapte aux conditions environnementales du Quebec, Guay et Theriault(1989) ont developpe un prototype du module de culture adeux niveaux. Ce prototype est compose d'un convoyeur de31 plateaux permettant leur deplacement sur deux niveaux deculture a une vitesse d'avancement de l'ordre de 2 m/min. Ceprototype est de 10,5 m de longueur et de 2,7 m de largeur(Figs. 1 et 2).

Les travaux de developpement du prototype se sont poursuivis par le developpement d'un systeme de controleautomatique pour ce prototype (Perron et al. 1989). Leursysteme de controle est compose d'un micro-ordinateur (MT1000) raccorde a un module d'acquisition des donnees et decontrole numerique. Le programme de controle (M2NIV)permet a l'unite de controle de detecter le mode de deplacement des plateaux (manuel ou automatique), de deplacerautomatiquement les plateaux, de reperer leur position sur lemodule et de mesurer les rayonnements PAR et global recus

Fig. 1. Vue de profil du module de culture a deux niveaux(Guay 1989).

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Plateau de plastique

Base en acier

Fig. 2. Plateau de culture (Guay 1989).

par le niveau superieur du module, la temperature de l'air adivers points du module et l'humidite relative de l'air.D'autre part, afin d'assurer aux plantes cultivees dans lemodule une photoperiode suffisante, son niveau inferieurpeut etre eclaire a l'aide de dix lampes a haute pression devapeur de sodium (HPS). La duree de I'operation des lampesest une option du programme M2NIV.

Principes generaux de I'irrigation automatisee sur deuxniveaux

La structure mecanique du prototype de module de culture adeux niveaux presente a l'egard de l'automatisation de I'irrigation un ensemble de contraintes et d'obstacles physiquesqui doivent etre pris en consideration pour choisir le systemed'irrigation adequat. La particularite de I'irrigation du module provient principalement des contraintes liees audeplacement des plateaux et de la culture en pots.

Pour rendre faisable l'automatisation de I'irrigation d'unsysteme, il convient de distinguer deux points importants. Lepremier consiste a trouver un moyen pour mesurer l'humiditedu sol afin d'assurer aux plantes en tout temps une reserved'eau favorable a leur croissance. Le second point concernela technique d'arrosage par laquelle la dose d'irrigation estacheminee de la source d'approvisionnement jusqu'aux plantes cultivees.

Plusieurs methodes de mesure de l'humidite du sol a des

fins agricoles ont ete appliquees par plusieurs auteurs. Cesmethodes peuvent etre classees selon leurs principes de mesure de l'humidite du sol en methodes electriques,tensiometriques et lysimetriques.

Les methodes tensiometriques (Michels et Feyen 1984) etelectriques (Kakatsios et al. 1986) sont parmi les methodesles plus utilisees pour mesurer l'humidite du sol dans ledomaine de I'irrigation. Ces methodes presentent l'avantagelie essentiellement a leur faible cout. Cependant, comme cesmethodes utilisent des capteurs avec cablages qui doiventetre places directement dans le sol, il est clair qu'elles nepeuvent pas etre utilisees pour determiner l'humidite du soldans le cas du module de culture a deux niveaux sans em-

pecher le deplacement des plateaux sur le module.

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Les lysimetres a pesee (Phene et al. 1986; Dwyer et al.1987) sont des dispositifs permettant de mesurer les variations du poids d'une certaine quantite de sol placeedans unbac enterre et soumise a l'evaporation du milieu. Les variations de poidsdu bacpermettent d'observer les variations dela reserve en eau du sol. La precision de mesure de l'humiditedu sol selon cette methode ne depend que de la precision dusysteme de pesee utilise. Avec 1'evolution des instrumentselectroniques de mesure de poids, cette methode est de plusen plus utilisee dans le domainede 1'agriculturepour etudierles besoins reels en eau des cultures irriguees a l'echelle dulysimetre ou en laboratoire.

Par ailleurs, les principales techniques d'arrosage utiliseespour irriguer les cultures sous serre sont en general I'irrigation par aspersion, I'irrigation goutte a goutte et I'irrigationpar capillarite. Cette derniere est utilisee specialement pourles cultures en pots (tables inondantes). Son principe consistea pomper l'eau dans le bac et sous l'effet de la capillarite,l'eau est absorbee par les pots. Toutefois, l'exces d'eau doitetre draine pour empecher la proliferation des champignonspathogenes dans le bac.

Justification du systeme d'irrigation projete

A la lumiere de I'ensemble des contraintes imposees par lemodule de culture a l'egard de I'irrigation et selon les techniques utilisees en matiere d'irrigation des cultures sous serreet les methodes de mesure de l'humidite du sol, le systemed'irrigation projete doit repondre aux exigences et criteressuivants:

1. la reserve en eau pour I'ensemble des pots que contientchaque plateau du prototype doit etre determinee avecune precision et un delai acceptables,

2. les instruments a utiliser pour mesurer l'humidite du solne doivent pas necessiter des installations limitant ledeplacement des plateaux,

3. le systeme d'acheminement de l'eau de la source d'approvisionnement et de distribution de l'eau vers lesplantes ne doit pas necessiter des conduites qui em-pechent le deplacement des plateaux ni le changementde niveau des plateaux dans le module de culture,

4. l'application de l'eau dans le plateau doit se faire tout enevitant de mouiller la partie aerienne des plantes afin dereduire la croissance des micro-organismes pathogenes.

En ce qui concerne la determination de la reserve en eaudu sol, la methode lysimetrique a ete retenue de I'ensembledes methodes indiquees plus haut. La possibility de peserindividuellement les plateaux sans nuire a leur deplacementdans le module appuie cette solution. Ceci peut s'obtenir parl'amenagement d'une station de pesee logee dans les rails duniveau inferieur du module. Cette station de pesee utilise dejauges extensiometriques (cellules de charge) qui permettentde supporter le poids du plateau au moment de sa pesee. Cescellules peuvent etre liees a l'unite de controle du modulepour determiner automatiquement le poids du plateau.

Comme I'irrigation par aspersion ou I'irrigation goutte agoutte necessite de conduites pour acheminer l'eau jusqu'auxplantes et etant donnee la structure du module, le recourt a cestechniques empecherait le deplacement des plateaux sur le

BOUKCHINA, LAGACE et THERIAULT

module. Au contraire de ces techniques, I'irrigation par capillarite semble la technique qui s'adapte le mieux a notresysteme. L'approvisionnement en eau peut se faire a l'aided'une pompe a faible debit. Par capillarite, le volume d'eauajoute au fond du plateau imbibera le sol dans les pots.

Finalement, la strategic d'irrigation retenue consiste a pe-ser les plateaux a des intervalles reguliers (par exemple, unefois par jour) et a irriguer les plantes en fonction de leurbesoin deduit de la pesee. La frequence d'irrigation dependrades besoins reels des plantes. Par cette strategic, le poids duplateau peut etre maintenu par irrigation entre un poids minimal defini par le point critique d'humidite dans le sol et lepoids des plantes (ce poids sera appele poids critique duplateau) et un poids maximal qui correspond au poids duplateau lorsque la retention maximale par capillarite dans lesol est atteinte (ce poids sera appele poids maximal du plateau).

MATERIELS ET METHODES

Composantes du systeme d'irrigation propose

Apres avoir fixe le principe general du systeme d'irrigationprojete, les composantes necessaires a ce systeme ont etedeveloppees et installees au prototype comme suit:

Station de pesee Une station de pesee composee de deuxcellules de charge (Senstronics 60048) a ete installee auniveau inferieur du module. Chaque cellule de charge a eteencastree dans le rail inferieur (Fig. 3) et supporte une plaquede 52 mm de longueur. Au moment de la pesee, les roulettesdu plateau a irriguer peuvent s'immobiliser sur ces plaques ettransmettre le poids total du plateau aux cellules. Alimenteespar une source de 12 Vcc, les cellules de charge utiliseesgenerent un signal de sortie variant de 0 a 24 mV pour unevariation de masse de 0 a 90 kg.

Apres leur fixation dans le module, ces cellules ont eteetalonnees a une temperature ambiante de 22 °C. L'etalon-nage consistait a charger chaque cellule de charge avec desmasses jusqu'a atteindre une charge totale de 49 kg et aeffectuer une serie de mesures du signal transmis. La lecturedes signaux provenant de ces cellules a ete realisee par l'unitede controle (MT 1000) qui offre une resolution de ±3|xV pourune gamme de 0 a 25 mV. Le dechargement des cellules decharge a ete fait de la meme facon afin de verifier lephenomene d'hysteresis. La calibration a ete effectuee al'aide de 16 masses d'environ 3,2 kg chacune prealablementpesees avec une balance ayant une precision de ± 0,1 g.

Les signaux transmis par les cellules de charge sont traitesseparement et la charge du plateau est determined par 1'addition du poids que supporte chaque cellule calcule par larelation mathematique entre la tension et la charge supportee.Le modele resultant du chargement et du dechargement descellules de charge s'exprime de la facon:

P = aXl+bX2 + c (1)

ou:

P = le poids total du plateau (kg),XI = le signal transmis par la cellule de charge #1 (mV),XI = le signal transmis par la cellule de charge #2 (mV), eta,b, c = les coefficientsd'etalonnage des cellules de charge.

Pompe d'irrigation Le systeme de controle du prototype aete couple avec une pompe d'irrigation (Little Giant modeleNK-2) destinee a I'irrigation des plateaux. Cette pompe,submergee dans un reservoir de 100 litres, est alimentee en120 Vca / 1,7 A et debite 0,20 L/s. Le moment de declenche-ment et la duree du fonctionnement de la pompe sont desfacteurs a determiner par la fonction d'irrigation.

A la sortie de la pompe d'irrigation, une extension deplastique flexible de 300 mm est utilisee pour acheminer l'eaujusqu'au plateau. Cette extension a ete fixee de facon que, lorsde la pesee du plateau, le jet d'eau puisse arriver directement aufond du plateau sans mouiller la partie aerienne des cultures ouempecher le deplacement des plateaux.

Fonction de controle de I'irrigation Une fonction appeleeIRRIGMOD (Boukchina 1989) a ete developpee pour gererI'irrigation des plateaux du prototype. Cette fonction a eteecrite en Turbo Pascal et integree dans le programme M2NIV(Fig. 4) controlant le fonctionnement du module de culture adeux niveaux. Elle est executee aux moments de la pesee desplateaux.

IRRIGMOD a une architecture modulaire; sa structuregenerate consiste en une boucle composee d'un tronc et d'unebranche. Le programme principal assure la coordination,l'appel et l'execution de toutes les procedures relatives a laverification des besoins en eau du plateau. L?execution de cesoperations se declenche lorsqu'un plateau se stabilise sur lastation de pesee. Ce programme a ete divise en differentsniveaux de programmation assignes a certaines taches speci-fiques: initialisation des parametres, identification duplateau, lecture de la date (jour et heure) de pesee du plateau,anticipation du poids du plateau et du poids critique duplateau lors de la prochaine pesee, calcul des besoins d'irrigation, declenchement de I'irrigation si necessaire etenregistrement des donnees.

Au debut de son execution, le programme principal re-quiert 1'initialisation du debit de la pompe d'irrigation, de lamasse volumique de la solution nutritive, du taux journalierde croissance des plantes, des noms des fichiers de donnees,des coefficients de regression du systeme de pesee et desparametres specifiques a chaque plateau. Ces parametresspecifiques sont le numero du plateau, le type de plantecultivee sur le plateau, le nombre de pots sur le plateau, lepoids maximal du plateau et le poids critique du plateau. Parailleurs, le programme garde en memoire les informationssuivantes propres a chaque plateau mais variables dans letemps: la date et l'heure du dernier controle de I'irrigation, ladate et l'heure de la derniere irrigation, le poids total duplateau apres la derniere irrigation, le poids critique du plateau, les consommations joumalieres en eau des plantes et lecumul de 1'evapotranspiration depuis la derniere irrigation.

En pesant chaque plateau, la fonction d'irrigation IRRIGMOD determine la quantite d'eau consommee par les plantesdepuis la derniere irrigation. Cette quantite est evaluee par larelation:

Dosej = Pdlrrij - Poidsj + MVertj (2)

ou:

Dose = la quantite d'eau perdue depuis la derniere irrigation(kg),

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CELLULE

DE CHARGE

Fig. 3. Station de pesee du module a deux niveaux avec,en agrandi, les details de Hnstallation de lacellule de charge.

Pdlrri = le poids du plateau a la derniere irrigation (kg),Poids = le poids du plateau (kg),MVert = le gain en matiere fraiche vegetale sur le plateau

depuis la derniere irrigation (kg), etj = un indice jour.

Le poids du plateau a la prochaine pesee du plateau peutetre estime en fonction de la consommation en eau et de

1'augmentation prevue du poids de la matiere fraiche vegetalesur le plateau. Ce poids est calcule par la fonction IRRIGMOD comme suit:

Poids j+\ = Poidsj + MVert j+\ - CEauj+i (3)ou:

Poids = le poids estime du plateau (kg),MVert = le gain prevu en matiere fraiche vegetale (kg), etCEau = la quantite d'eau evaporee (kg).

Afin de garder l'humidite dans les pots au-dessus du pointcritique, la fonction IRRIGMOD calcule le poids critique duplateau et compare cette valeur au poids estime du plateaucalcule par l'equation 3. Le poids critique du plateau estcalcule comme suit:

PdCritj+i = PdCritj +MVert */+l (4)

ou PdCrit = le poids critique du plateau (kg).

Une irrigation doit etre effectuee si le poids estime duplateau (Poids*) est inferieur au poids critique du plateau(PdCrit). Dans cette condition, la pompe d'irrigation estdeclenchee, et la duree de fonctionnement est egale au rapport de la dose requise sur le debit de la pompe.

A la fin de 1'irrigation, le plateau doit etre pese a nouveaupour connaitre la quantite exacte de la solution appliquee etle programme garde en memoire le nouveau poids du plateau.Cette approche suppose que la dose d'irrigation appliqueedans chaque plateau ramene l'humidite du sol a la capacite deretention maximale et que le plateau atteint son poids maximal.

240

II convient de noter que l'estimation du poids du plateau al'aide de l'equation 3 oblige a connaitre le taux d'evapotran-spiration et le taux de production de matiere fraiche vegetale.La litterature au sujet de la modelisation de ces deux processus est abondante (Bakker 1986; Elwell et Bauerle 1990).Cependant, la plupart de ces modeles doivent etre validespour pouvoir les integrer dans la fonction IRRIGMOD. Unetelle validation ne peut etre realisee dans le cadre de lapresente etude.

Cependant, comme les besoins journaliers en eau d'uneculture dependent essentiellement de l'environnement de laplante (temperature, humidite, rayonnement) et de son stadevegetatif, ces besoins ne varient pas beaucoup durant unecourte periode (quelques jours). Cette approche suppose quela quantite d'eau necessaire au developpement des plantesdans la journee qui suit peut etre estimee en fonction desconsommations joumalieres observees depuis un certainnombre de jours. Dans la version actuelle de la fonctionIRRIGMOD, le besoin en eau de la culture a ete estime egala la moyenne journaliere observee durant les cinq derniersjours.

Une approche similaire a ete retenue pour estimer al'avance le taux de croissance de la matiere fraiche vegetalesur les plateaux. Le taux journalier de production de la matiere verte peut etre obtenu a partir d'un modele dedeveloppement de croissance des plantes base sur leurs pro-prietes physiologiques et ayant comme variables d'entreesles conditions experimentales dans la serre. Etant donne quele but principal de ce travail est de developper un systemed'irrigation pour le module, les taux de croissance de lamatiere verte peuvent etre determines experimentalement etextrapoles sur de courtes periodes.

Experimentation du systeme d'irrigation automatise

La station de pesee a ete mise a l'essai avant de tester lesysteme d'irrigation propose. Cette operation a consiste apeser le poids vide des plateaux deux fois par jour durant uneperiode de 15 jours. Durant cette periode, le deplacement et1'immobilisation des plateaux ont ete confies au programmede controle du module (M2NIV). II a ete constate que 1'immobilisation des roulettes des plateaux sur les plaques relieesaux cellules de charge a ete precise et que le plateau immobilise sur la station de pesee a ete identifie par le programme decontrole.

Apres avoir installe les composantes du systeme d'irrigation decrit plus haut, le module de culture a ete mis a l'essaipour produire des transplants de tomate sous controle automatique. Les essais se sont deroules dans une serre de typeNordique fabriquee par les Industries Harnois Inc. Cette serreest localisee au Centre des cultures abritees de 1'Universite

Laval.

Des pots en plastique de 90 mm de hauteur et 120 mm dediametre ont ete utilises comme milieu de culture. Ces potsont un fond de 90 mm de diametre forme d'une grille ayantune surface ouverte representant 53% de la surface totale. Lespots vides, pesant environ 17 g, ont ete remplis de 93 g d'unsubstrat organique horticole a base de tourbe de sphaigne, deperlite et de vermiculite.

La capacite de stockage en eau du substrat organique parremontee capillaire a ete determinee experimentalement au

BOUKCHINA, LAGACE et THERIAULT

DEFINITION DES VARIABLES

DE CONTROLE GENERAL

DEFINITION DES VARIABLES

LIEES A L'IRRIGATION

INITIALISATION DES PARAMETRES

DEOONTROUE

INITIALISATION DES PARAMETRES

LES A L'IRRIGATION

Gestion Plateau

IRRIGMOD

oui

Fig. 4. Organigramme de 1'integration de la fonctionIRRIGMOD dans le programme M2NIV.

laboratoire. Pour ce faire, douze pots contenant chacun 93 gde substrat sec ont ete places dans un plateau parfaitementhorizontal, contenant une lame d'eau de 1 cm d'epaisseur.L'experience, repetee deux fois, a montre qu'un pot pouvaitatteindre un poids maximal de 334 g. Le substrat organiqueutilise permettait done de retenir une masse d'eau de 224 gdans une heure, soit 240% de la masse du substrat.

Comme en pratique il est difficile de determiner le pointcritique d'humidite d'un sol pour un stade vegetatif donne, lafraction de la reserve utile souvent utilisee pour estimer lareserve facilement utilisable varie entre 1/3 et 2/3 de lareserve totale. D'apres les travaux de Clement et Galand(1979), la fraction 1/3 est la fraction la plus satisfaisante. Enfonction de la capacite de retention des pots utilisee, lareservefacilement utilisable a ete estimee a 80 g par pot, ainsile poids critique d'un pot est egal a 254 g.

Une culture de tomate "Dombito" a ete choisie pour testerle fonctionnement du systeme d'irrigation. L'experimentation a ete realisee avec seulement 15 plateaux. Les pots avecleursplants ont ete amenes a la saturation par capillarite, puis

places sur le module a deux niveaux, a raison de 30 pots parplateau disposes en trois rangees distantes de 120 mm. Lesplateaux ont ensuite ete peses a l'aide de la station de peseeafin de determiner le poids a la saturation de chaque plateau.En tenant compte du nombre de pots par plateau ainsi que dela reserve facilement utilisable, le poids critique du plateau aete deduit a partir du poids a la saturation.

Le developpement des plants a fait l'objet d'un suiviregulier en ce qui concerne revolution de la masse de lamatiere fraiche vegetale. Ce parametre est un critere essentielpour analyser la variation de poids des plateaux et pourevaluer l'uniformite de I'irrigation des pots. Chaque semaine,un echantillon de 10 plants a ete preleve au hasard et la partieaerienne a ete pesee a l'aide d'une balance offrant une precision de ~ 0,1 g. Le taux journalier moyen de croissance desplantes observe durant chaque semaine a servi a estimer lepoids de la matiere verte sur les plateaux au cours de lasemaine qui suivait. A la fin de 1'experimentation, le poids dela partie aerienne de toutes les plantes cultivees dans deuxplateaux pris au hasard a ete analyse afin d'etudier l'uniformite de croissance des plantes selon les rangees et selon lesplateaux.

Le fonctionnement sous controle automatique du modulede culture a deux niveaux a debute le ler novembre 1989 et apris fin le 30 novembre 1989 lorsque les plants sont devenustrop hauts pour le module (350 mm).

RESULTATS ET DISCUSSION

Etalonnage de la station de pesee

Durant la periode d'essai de la station de pesee, un problemede degradation des signaux emis par les cellules a ete constate. Ceci a ete confirme par le changement de la pente dumodele de calibration de chaque cellule. La figure 5 illustreun exemple de changement de comportement des cellules decharge utilisees. Cependant, la linearite de la deformation descellules est satisfaisante et offre une precision acceptablelorsque l'etalonnage se fait regulierement. Pour resoudre ceprobleme, une auto-correction du systeme de pesee a etejugee necessaire lors de ces essais. Cette operation consiste apeser deux plateaux vides dont les masses sont connues avantde peser les plateaux cultives. Lorsque la variation du poidsmesure de l'un de ces plateaux de reference depasse 150 g,les cellules de charge sont calibrees de nouveau.

Ajustement de l'equilibre des plateaux

Au debut de l'experience, l'equilibre des plateaux a pose ungrand probleme au niveau de la repartition du volume d'eaudans le plateau. Un volume d'eau de 1,5 litre verse au fonddu plateau avait tendance a desequilibrer celui-ci. Le plateaus'inclinait et l'eau s'accumulait d'un seul cote. Cephenomene s'accentuait au moment du transfert de niveau.Pour un systeme d'irrigation par capillarite, il a ete souligneque la quantite d'eau ajoutee doit etre completement retenuepar le sol et que tous les pots d'un meme plateau recoivent lameme quantite d'eau. En effet un exces d'eau dans le plateauentraine la proliferation des micro-organismes puisque lesplateaux du module ne peuvent pas etre munis d'orificesd'evacuation.

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50

40

30 Hg

O 20-

10

-20

Cellule de charge # 1

-15 -5 0

Signal (mV)

Cellule de charge # 2

20

Fig. 5. Variation d'etalonnage des cellules de charge(chargement).

Pour empecher le desequilibre des plateaux, la solutionretenue pour ameliorer I'uniformite de distribution de l'eauentre les pots consiste a maintenir le centre de gravite aucentre du plateau lorsque l'eau lui est ajoutee en retenant plusd'eau en son centre que sur les cotes. Le fond du plateau doitdone posseder une forme concave. Cette forme a ete obtenuepar 1'installation de cales de 25 mm d'epaisseur sous les deuxcotes du plateau de plastique et par la fixation du centre duplateau a la base d'acier a l'aide de vis etanches (Fig. 6). Cettemodification a permis d'ajouter jusqu'a 6 litres d'eau sansoccasionner le desequilibre du plateau d'un cote ou del'autre. La conception et le mode de suspension des plateauxauraient encore toutefois avantage a etre ameliores.

D'autres essais ont ete realises pour verifier si la formeconcave du fond des plateaux assurait une repartition equitable de l'eau par capillarite entre les pots. L'usage d'un tapiscapillaire de 3 mm d'epaisseur place sous les pots a donneune meilleure distribution de l'eau entre les pots en em-pechant en meme temps la formation d'une lame d'eau aumilieu du plateau au moment de l'irrigation.

Plateau en plastique Cale en bois

Base en acier

Fig. 6. Modification du fond du plateau.

Fonction de I'irrigation automatisee

Le systeme d'irrigation installe a permis d'effectuer I'irrigation des plateaux sans empecher ou ralentir le deplacementdes plateaux sur le module. Durant cette experience, la croissance des transplants a fait l'objet d'un suivi quotidien. Lesresultats obtenus montrent que le poids moyen d'un plantetait de 9,5 g au debut de 1'experimentation pour atteindreune valeur de 59,9 g a la fin, soit un taux de croissance moyenjournalier de 1,7 g/plant. La figure 7 illustre la variation dupoidsmoyende transplantsobserveeet estimee.L'analyse devariance du poids de la partie aerienne des transplants a la fin

242

Poids estim6

Poids mesur6

Fig. 7. Evolution de la masse fraiche vegetale moyennedes transplants de tomate.

de 1'experience a montre qu'il n'y a pas de difference significative entre le poids des transplants selon les rangees d'unmeme plateau ni entre les plateaux (niveau de cohfiance =5%); le fond concave du plateau muni d'un tapis permet doneune distribution adequate de l'eau. De I'ensemble de cesindices, il ressort que 1'approvisionnement en eau des plateaux s'est effectue en assurant une croissance normale des

transplants et sans les soumettre a un stress hydrique visible.La fonction IRRIGMOD controlant I'irrigation des pla

teaux a fonctionne tel que prevu. Elle a ete mise en marchechaque fois qu'un plateau se stabilisait sur la station depesee.

Les doses d'irrigation apportees aux plantes ont ete determiners a partir de la pesee de chaque plateau et en fonctiondes consommations joumalieres d'eau observees. Pour unememe journee, les doses appliquees different d'un plateau aun autre. Les valeurs enregistrees varient de 1,4 a 4,4 kg parirrigation, la dose moyenne etait de 2,31 kg avec un ecart-type de 0,66 kg. Lors des essais, I'irrigation a ete presquequotidienne. Le tableau I donne les doses d'irrigation appliquees le 11 novembre.

La figure 8 illustre la variation du poids d'un plateau enfonction du temps. Cette figure montre que le poids du plateau a ete maintenu par irrigation au-dessus du poids critiquedu plateau. Ce resultat confirme done que la teneur en eau dusol a ete maintenue au-dessus du point critique d'humidite.Meme si au moment du controle de I'irrigation, le poids duplateau etait superieur au poids critique, l'arrosage du plateaupouvait s'effectuer. En effet, selon le taux evaporant observe,

31 oct 5 nov 10 nov 15nov 20 nov 25 nov 30 nov

Date

Fig. 8. Exemple de revolution du poids d'un plateau(plateau 15).

BOUKCHINA, LAGACE et THERIAULT

Tableau I. Calculs intermediates des doses d'irrigation (11 novembre 89)

Heure Plateau Pdlrril Poids Pd Crit Dose Pdlrri

(kg) (kg) (kg) (kg) . (kg)

16:00 15 60,827 58,927 58,634 1,855 60,84516:01 14 60,229 58,447 58,181 1,737 60,22416:02 13 59,938 57,372 57,998 2,521 59,95316:03 12 59,828 57,888 57,826 1,895 59,84216:05 11 60,705 58,682 58,622 1,978 60,72416:06 10 61,028 59,132 59,002 1,851 61,04816:07 9 60,109 57,734 58,112 2,330 60,12516:09 8 60,561 58,660 57,546 1,856 60,57916:10 7 61,354 59,404 59,273 1,905 61,37616:12 6 60,223 58,192 58,252 1,986 60,23916:14 5 60,866 59,018 58,857 1,803 60,88516:15 4 59,906 58,224 57,776 1,637 59,92016:17 3 60,087 58,396 57,906 1,646 60,10216:18 2 60,719 59,168 58,673 1,506 60,73716:21 1 60,014 57,901 57,800 2,068 60,029

Pd Irri 1 : poids du plateau a la derniere irrigationPd Crit: poids critique du plateauDose : dose d'irrigationPd Irri: poids du plateau apres irrigation.

la reserve hydrique disponible a ce moment etait insuffisantepour repondre aux besoins des plantes jusqu'a la prochainpesee du plateau. L'irrigation est marquee sur cette figure par1'augmentation rapide du poids total du plateau; la doseajoutee represente 1'amplitude de cette variation. Cependant,durant les jours de forte demande en eau, il existe des peri-odes ou la reserve facilement utilisable a ete completementepuisee avant que le plateau soit irrigue; le poids du plateaudescendait alors sous la valeur critique. Ces periodes ont etetres courtes et les plantes n'ont pas montre de signe de stress.Une frequence quotidienne de controle de I'irrigation desplateaux a permis de satisfaire les besoins en eau de la culturede tomate durant le mois de novembre. Cependant, durant lesmois de forte demande en eau (juillet et aout), le controle deI'irrigation devrait etre effectue a une frequence plus eleveeou bien les pots utilises devraient contenir suffisamment desol pour retenir une reserve hydrique qui corresponde auxbesoins journaliers de la culture.

La reserve facilement utilisable disponible dans les potscorrespond a la difference entre le poids du plateau apresirrigation et son poids critique. Les donnees enregistrees ontmontre que cette reserve a ete gardee a 2,4 kg. Cependant, apartir du 20 eme jour, il y a une reduction de la reservehydrique fournie aux plantes apres arrosage. Cette nouvellereserve varie entre 1,78 kg et 2,20 kg. Nous pensons que1'accumulation des erreurs sur la lecture du poids de laderniereirrigation a ete a l'origine de cette diminution et queces erreurs sont liees a la precision du systeme de pesee.Egalement, une reduction du debit de fonctionnement de lapompe aurait occasionne une application moindre que la dosed'irrigation calculee, ce qui aurait empeche le plateau d'atte-indre son poids maximal. La diminution de la reservefacilement utilisable pourrait etre evitee en calculant la dose

d'irrigation comme etant la difference entre le poids du plateau a la saturation calcule theoriquement pour la journee enquestion et le poids mesure.

CONCLUSION

Un systeme automatique d'irrigation base sur un micro-ordi-nateur a ete developpe et mis en marche, assurant ainsiI'irrigation des plants cultives dans les plateaux du module deculture a deux niveaux. Ce systeme utilise le principe de lamethode lysimetrique pour determiner l'humidite de sol et latechnique d'irrigation par capillarite pour acheminer l'eauaux cultures.

La conception initiale des plateaux du module ne permet-tait pas d'assurer une repartition uniforme du volume d'eauajoute au fond du plateau. Les modifications necessaires ontete realisees pour donner une forme concave au fond desplateaux et rendre possible 1'irrigation par capillarite.

Le systeme d'irrigation developpe a ete mis a l'essaidurant un mois pour irriguer sous controle informatique destransplants de tomate. Les doses d'irrigation appliquees ontete calculees en fonction de la variation du poids du plateauet en tenant compte du gain en matiere fraiche vegetale. Unecroissance uniforme des plants a ete obtenue selon les plateaux et selon les rangees et aucun stress n'a ete observe surla culture. Cette uniformite montre que l'humidite des pots aete maintenue dans un intervalle tolerable par les plants etque la strategic d'irrigation retenue a assure les conditionshydriques acceptables malgre quelques passages rapides sousle seuil critique d'irrigation.

La banque de donnees obtenue lors de cette etude couvrela temperaturehoraire de l'air, le rayonnement PAR et globalrecus par le niveau superieur du module, l'humidite relativehoraire de l'air ainsi que le besoin journalier en eau des

CANADIAN AGRICULTURAL ENGINERING Vol. 35, No. 4, October/November/December 1993 243

transplants de tomate. Ces donnees serviront a la verificationou au developpement d'un modele d'evapotranspiration quipourrait etre utilise par la fonction IRRIGMOD lors desprochains essais du module de culture a deux niveaux.

REMERCIEMENTS

Les auteurs remercient le Fonds FCAR du gouvemement duQuebec pour le support financier qui a permis la realisationde ce projet.

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BOUKCHINA, LAGACE et THERIAULT